【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.16】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24HK0092
利用課題名 / Title
CO2吸蔵・還元に有効な二元機能触媒の構造解析
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control,電子顕微鏡/ Electronic microscope
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
宮崎 眞太
所属名 / Affiliation
北海道大学 総合化学院
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
鳥屋尾隆,安齋亮彦,清水研一
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大多 亮
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
CO2吸蔵還元に有効な二元機能触媒の特異的なCO生成活性能を明らかにするため構造解析を行うためSTEM/EDX測定を実施した。
実験 / Experimental
試料はCs/Al2O3触媒をAceton液に分散させ、TEM用グリッド上に滴下して作成した。
その試料をダブル球面収差補正走査透過型顕微鏡（Titan3 G2 60-300：HK-101）を使用して加速電圧300 kVの条件でHAADF-STEM像およびEDXのマッピング、ライン分析を取得した。
結果と考察 / Results and Discussion
Cs(3)/Al₂O₃およびCs(16)/Al₂O₃におけるAl₂O₃担体上の単一Cs原子を直接観察するために、原子分解能HAADF-STEM測定を実施した。Cs(3)/Al₂O₃およびCs(16)/Al₂O₃の両方において、多数の単原子CsがAl₂O₃担体上に分散している様子が確認された（図aおよびc、黄色の矢印で示す）。線分析（図bおよびd）から、Cs(3)/Al₂O₃中の単一Cs原子は互いに0.65 nm以上離れて配置されており（図c）、孤立した単一原子が主要なCs種であることを示しています。一方、Cs(16)/Al₂O₃中のCs原子は0.35～0.65 nmの範囲で近接しており（図d）、二量体種のようなクラスター化したCs原子が主要な種であることが示唆された。 原子分解能HAADF-STEM像から、孤立した単一原子Cs種とオリゴマーCs種の割合を算出した（図e）。ここでは、他の単一Cs原子と0.35～0.65 nm以内に存在するCs原子をオリゴマー種、周囲に他のCs原子が存在しないものを孤立単原子Cs種と定義しました。この定義に基づき、Cs(3)/Al₂O₃中のCs種の約20%がオリゴマー種であるのに対し、Cs(16)/Al₂O₃中では90%以上がオリゴマー種であることが分かりました。 また、各Cs担持量のAl₂O₃における表面Cs密度（孤立単原子およびオリゴマー種の割合に関連する）は、Cs担持量と比表面積に基づいて算出した。これらの結果を踏まえると、TOFM（図f）に対するCs表面密度の影響は以下のように説明できる：高Cs密度のDFMにおけるオリゴマーCs種が、CCR反応におけるCO生成活性の主要な要因であると考えられる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
(a) Cs(3)/Al₂O₃および(c) Cs(16)/Al₂O₃の、500 °Cで30分間水素処理後の原子分解能HAADF-STEM像。(b)および(d)は、それぞれ(a)および(c)の赤色の線で囲まれた領域の線分析プロファイル。
(e) 各Cs担持量のAl₂O₃系DFMにおいて、原子分解能HAADF-STEM像から決定された孤立単一Cs単原子とCsオリゴマー種の割合。
(f) Cs担持量およびBET比表面積から導出したCs表面密度とTOFM（単位表面積あたりの変換頻度）との関係。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 宮崎眞太, 宮景琢充, 安齊亮彦, 前田修孝, 鳥屋尾隆, 清水研一, "アルミナ担持Cs触媒によるCO2吸蔵還元による連続的CO合成", 第135回触媒討論会, 大阪, 2025/3/18-19
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件